KR20200082410A - 압축비 변경 가능한 커넥팅 로드 - Google Patents

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KR20200082410A
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    • F16C9/04—Connecting-rod bearings; Attachments thereof

Abstract

본 발명은 압축비 변경 가능한 커넥팅 로드에 관한 것으로서, 피스톤에 연결되는 소단부(small end) 및 크랭크 샤프트에 연결되는 대단부(big end)를 가지며 상기 소단부에서 부싱(bushing)을 매개로 상기 피스톤에 연결되는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드(connecting rod)에 있어서, 상기 부싱에 압입되어 장착되는 부싱 가이드링(guide ring); 상기 소단부와 연결되고 상기 소단부의 하부에 위치하는 오일 저장소(oil reservoir); 및 상기 오일 저장소와 상기 소단부의 상부를 연결하는 오일 통로;를 포함하는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드를 포함할 수 있다. 본 발명에 의하면 부하에 따라 오일의 유동을 이용하여 커넥팅 로드 부싱을 상하로 움직이게 함으로써 가변 압축비를 달성할 수 있다. 이로 인하여 열효율을 향상시켜 연비 개선 및 비출력 조절을 가능하게 한다.

Description

압축비 변경 가능한 커넥팅 로드{CONNECTING ROD FOR VARIABLE COMPRESSION RATIO}
본 발명은 커넥팅 로드에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 압축비 변경 가능한 커넥팅 로드에 관한 것이다.
커넥팅 로드(connecting rod)는 피스톤과 크랭크샤프트를 연결하는 봉으로 피스톤의 왕복운동을 크랭크샤프트를 회전운동으로 바꾸어 피스톤이 받은 연소압력을 크랭크샤프트에 전달하는 기능을 한다.
커넥팅 로드의 길이가 길수록 피스톤의 흔들림은 적다. 이것은 크랭크샤프트가 회전했을 때 피스톤에 걸리는 힘을 종방향과 횡방향으로 나누어 생각할 경우 커넥팅 로드가 길수록 횡방향 힘의 비율이 작아져 진동 및 마찰 모두 작아지기 때문이다. 한편 커넥팅 로드를 길게 한다는 것은 엔진이 크고 무거워지기 때문에 바람직하지 않다. 일반적으로 커넥팅 로드의 길이는 피스톤 핀의 중심에서 크랭크 핀 중심까지의 길이(center distance)라고 하며, 이 길이는 스트로크의 약 1.5배 내지 2배이다.
일반적으로 커넥팅 로드의 피스톤 핀 측 끝을 그 크기에 따라 소단부(small end), 크랭크 핀 측의 끝은 대단부(big end)라 부르며, 소단부는 부싱(bushing)을 사이에 두고 피스톤 핀으로 피스톤에, 대단부는 베어링(bearing)을 사이에 두고 크랭크 핀에 장착되어 있다. 부싱은 허용면압 증대와 습동면 마모를 방지하기 위해 사용될 수 있다.
한편 기존 엔진에서는 부하 조건에 상관 없이 커넥팅 로드의 길이가 동일하여 압축비가 일정하여 연소 및 열 효율이 불리한 구간이 발생하여 연비 악화를 유발한다.
이를 개선하기 위하여 압축비 변경 가능한 커넥팅 로드의 개발이 요구되며, 일례로 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0101402호와 같이 부싱이 커넥팅 로드 본체 내부에서 회전 가능하여 크랭크샤프트와 피스톤 본체의 상대 위치를 변화시킴으로써 엔진 내 실린더의 압축비를 변경시키는 것이 있으나, 여전히 부싱의 위치를 변화시키는 다양한 방법의 연구개발이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0101402호
본 발명은 커넥팅 로드 부싱을 상하로 이동 가능하게 하여 압축비를 변경 가능하게 하는 커넥팅 로드를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 엔진 다운사이징의 한계에 따라 비출력 증대가 어려운 조건을 개선하기 위한 커넥팅 로드를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 부하에 따라 오일의 유동을 이용하여 커넥팅 로드 부싱의 위치가 변화 가능한 커넥팅 로드를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 피스톤에 연결되는 소단부(small end) 및 크랭크 샤프트에 연결되는 대단부(big end)를 가지며 소단부에서 부싱(bushing)을 매개로 피스톤에 연결되는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드(connecting rod)에 있어서, 부싱에 압입되어 장착되는 부싱 가이드링(guide ring); 소단부와 연결되고 소단부의 하부에 위치하는 오일 저장소(oil reservoir); 및 오일 저장소와 소단부의 상부를 연결하는 오일 통로;를 포함하는, 압축비 변경가능한 커넥팅 로드를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 오일 저장소와 오일 통로의 연결부에 장착되는 프로펠러;를 더 포함하는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 프로펠러는 부싱의 하부에 오일을 공급하는 것을 특징으로 하는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 가이드링은 소단부 내에서 오일과 접촉하여 부싱과 일체로 움직이는 것을 특징으로 하는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 오일 저장소와 오일 통로의 연결부에 위치하는 오일 통로 개폐 밸브;를 더 포함하고, 오일 통로 개폐 밸브는 써모스탯(thermostat)에 의하여 개폐 여부가 결정되는 것을 특징으로 하는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드를 포함할 수 있다.
본 발명은 커넥팅 로드 부싱을 상하로 이동 가능하게 할 수 있다.
본 발명은 압축비를 변경 가능하게 함으로써 열효율을 향상시켜 연비를 개선하고 비출력 조절을 가능하게 할 수 있다.
본 발명은 부하에 따라 오일을 유동시켜 커넥팅 로드 부싱의 위치를 변화시킬 수 있다.
도 1은 소단부에 커넥팅 로드 부싱(11)을 가지는 커넥팅 로드(1) 및 이와 결합되는 피스톤 핀(91)을 가지는 피스톤(9)의 일반적인 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예를 나타내는 커넥팅 로드(1)의 구조를 나타내는 사시 단면도이다.
도 3은 저부하 조건에서 도 2의 커넥팅 로드(1)의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 고부하 조건에서 도 2의 커넥팅 로드(1)의 구조를 나타내는 단면도이다.
첨부된 도면에 기재된 내용을 참조하여 이하 본 발명을 상세히 설명하며, 본 발명의 목적 및 효과는 하기 설명에 의하여 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있지만, 하기 설명만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 한편 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적인 설명을 생략한다.
도 1은 소단부에 커넥팅 로드 부싱(11)을 가지는 커넥팅 로드(1) 및 이와 결합되는 피스톤 핀(91)을 가지는 피스톤(9)의 일반적인 구조를 나타내는 모식도이다.
일반적으로 피스톤(9)에는 핀 부시 및 피스톤 핀(91)이 결합되고, 핀 부시는 피스톤(9)과 피스톤 핀(91) 사이에 위치하며 연소 하중 지지 및 윤활 기능을 하고, 피스톤 핀(91)은 피스톤(9)과 커넥팅 로드(1)의 소단부를 연결하며 피스톤(9)이 받는 압력을 커넥팅 로드(1)를 거쳐 크랭크샤프트에 전달한다.
한편 커넥팅 로드(1)의 소단부는 피스톤 핀(91)으로 피스톤(9)에 조립되는 부분이며 피스톤 부싱이 함께 조립된다. 커넥팅 로드 부싱(11)은 커넥팅 로드(1)의 소단부에 조립되며 소단부의 내하중성 향상과 습동면의 마모를 방지하는 기능을 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예를 나타내는 커넥팅 로드(1)의 구조를 나타내는 사시 단면도이다.
본 발명의 구조는 커넥팅 로드 부싱(11)에 부싱 가이드링(12)을 추가한 구조로서, 본 발명의 구조는 피스톤(9)에 연결되는 소단부(small end) 및 크랭크 샤프트에 연결되는 대단부(big end)를 가지며 상기 소단부에서 커넥팅 로드 부싱(11)을 매개로 상기 피스톤(9)에 연결되는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드(1)에 있어서, 상기 부싱에 압입되어 장착되는 부싱 가이드링(12)(guide ring); 상기 소단부와 연결되고 상기 소단부의 하부에 위치하는 오일 저장소(13)(oil reservoir); 및 상기 오일 저장소와 상기 소단부의 상부를 연결하는 오일 통로(14);를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 구조는 오일 저장소(13)와 오일 통로(14) 사이에 연결된 오일 통로 개폐 밸브(15)가 오일의 흐름량을 제어하며, 프로펠러(16)는 커넥팅 로드 부싱(11)을 상승시키고자 할 때, 추가로 힘을 가해 커넥팅 로드 부싱(11) 하부에 오일이 원활하게 공급되게 하는 보조 역할을 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 구조는 오일 저장소(13)와 오일 통로(14)의 연결부에 장착되는 프로펠러(16);를 더 포함할 수 있고, 프로펠러(16)는 커넥팅 로드 부싱(11)의 하부에 오일을 공급하는 것을 특징으로 하고, 부싱 가이드링(12)은 소단부 내에서 오일과 접촉하여 상기 부싱과 일체로 움직이는 것을 특징으로 하고, 오일 저장소(13)와 오일 통로(14)의 연결부에 위치하는 오일 통로 개폐 밸브(15);를 더 포함할 수 있으며, 오일 통로 개폐 밸브(15)는 써모스탯(thermostat)에 의하여 개폐 여부가 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 구조를 상세하게 설명한다.
본 발명의 커넥팅 로드(1) 내부에는 오일 저장소(13) 및 오일 통로(14)가 존재하고, 커넥팅 로드 부싱(11)에 부싱 가이드링(12)이 추가되어 있으며, 일체화된 피스톤 핀(91), 커넥팅 로드 부싱(11), 및 부싱 가이드링(12)은 상하로 움직일 수 있도록 커넥팅 로드(1) 내부에 별도의 공간이 확보되어 있다. 여기서, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 이 공간의 크기 또는 길이에 따라 결국 커넥팅 로드(1)의 길이 변화의 폭이 변경될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
추가적으로, 본 발명의 커넥팅 로드(1) 내부에는 오일 저장소(13)에 있는 오일을 오일 통로(14)를 통하여 커넥팅 로드(1) 상부로 선택적으로 이동할 수 있도록 오일 통로 개폐 밸브(15)가 존재하고, 커넥팅 로드 부싱(11) 하부에 오일 공급을 원활하게 하기 위하여 프로펠러(16)가 존재할 수 있다.
여기서, 부싱 가이드링(12)은 커넥팅 로드 부싱(11)에 압입되어 커넥팅 로드(1) 소단부 내에서 오일과 접촉하여 커넥팅 로드 부싱(11)과 동일한 움직임을 가져가게 하고, 오일 저장소(13)는 커넥팅 로드(1) 소단부의 하단에 위치하며 커넥팅 로드 부싱(11)의 상하부에 오일을 공급하고, 오일 통로(14)는 커넥팅 로드 부싱(11)의 상하부와 오일 저장소(13)를 이어주는 통로이며 써모스탯에 의해 개폐 여부가 결정되고, 프로펠러(16)는 전자제어장치(Electronic Control Unit, ECU)에 의해 조작되며 저압축비에서 고압축비로 변경할 때 커넥팅 로드 부싱(11) 하부에서 오일 공급을 보조하고 오일 저장소(13) 하단과 샤프트로 이어져 모터에 의해 구동된다.
한편, 저속에서는 열효율을 향상시키기 위하여 고압축비가 요구되고 고속에서는 EM(배출가스) 저감 개선을 위하여 저압축비가 요구된다. 본 발명에서는 커넥팅 로드 부싱(11)의 상하 이동량에 따라 압축비가 변경될 수 있으며, 본 발명에서는 커넥팅 로드 부싱(11)을 운전 영역별로 변경시킬 수 있다.
도 3은 저부하 조건에서 도 2의 커넥팅 로드(1)의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 저부하 조건에서는 오일 저장소(13) 내부에 저장된 오일의 온도가 낮아서 써모스탯에 의하여 개폐 여부가 결정되는 오일 통로 개폐 밸브(15)에 의하여 오일 통로(14)가 폐쇄됨으로써, 오일이 부싱 가이드링(12) 하부에만 공급되어 커넥팅 로드 부싱(11) 및 피스톤 핀(91)의 위치가 커넥팅 로드(1) 최상단에 위치한다.
따라서, 커넥팅 로드 부싱(11)의 위치가 최상단에 위치하여 커넥팅 로드(1)의 길이가 길어진 효과가 나타나므로, 저속/저부하 조건에서는 고압축비를 유지하여 연소 및 열 효율이 상승하게 되고, 열효율이 증대되어 연비 또한 개선이 가능하다.
도 4는 고부하 조건에서 도 2의 커넥팅 로드(1)의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 고부하 조건에서는 오일 저장소(13) 내부에 저장된 오일의 온도가 높아서 써모스탯에 의하여 개폐 여부가 결정되는 오일 통로 개폐 밸브(15)에 의하여 오일 통로(14)가 개방됨으로써, 오일 저장소(13)에 있떤 오일이 부싱 가이드링(12) 상부로 공급되어 부싱 가이드링(12)을 아래로 밀어내림으로써 피스톤 핀(91)의 위치가 커넥팅 로드(1) 하단으로 이동한다.
따라서, 커넥팅 로드 부싱(11)의 위치가 크랭크샤프트 방향으로 이동하여 커넥팅 로드(1)의 길이가 짧아진 효과가 나타나므로, 고속/고부하 조건에서는 저압축비에 의하여, 파워는 동등하게 가져가되 연소효율 및 열효율을 유지하여 EM 저감 개선이 가능하며, 고속 구간에서 압축비를 낮추게 되면 다운사이징 및 비출력 증대 효과가 가능하다.
여기서, 다시 고압축비로 복원하는 경우, 프로펠러(16)가 선택적으로 회전하여 부싱 가이드링(12) 하부로 오일을 공급할 수 있다. 부싱 가이드링(12) 하부로 오일을 공급한 이전 또는 이후에 오일 통로 개폐 밸브(15)가 선택적으로 작동하여 오일 통로(14)를 폐쇄할 수 있다.
본 발명에 의하면 부하에 따라 오일의 유동을 이용하여 커넥팅 로드 부싱(11)을 상하로 움직이게 함으로써 가변 압축비를 달성할 수 있다. 이로 인하여 열효율을 향상시켜 연비 개선 및 비출력 조절을 가능하게 한다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 위 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 위 실시예에 한정하여 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위, 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1: 커넥팅 로드 9: 피스톤
11: 커넥팅 로드 부싱 91: 피스톤 핀
12: 부싱 가이드링
13: 오일 저장소
14: 오일 통로
15: 오일 통로 개폐 밸브
16: 프로펠러

Claims (5)

  1. 피스톤에 연결되는 소단부(small end) 및 크랭크 샤프트에 연결되는 대단부(big end)를 가지며 상기 소단부에서 부싱(bushing)을 매개로 상기 피스톤에 연결되는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드(connecting rod)에 있어서,
    상기 부싱에 압입되어 장착되는 부싱 가이드링(guide ring);
    상기 소단부와 연결되고 상기 소단부의 하부에 위치하는 오일 저장소(oil reservoir); 및
    상기 오일 저장소와 상기 소단부의 상부를 연결하는 오일 통로;를 포함하는,
    압축비 변경가능한 커넥팅 로드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오일 저장소와 상기 오일 통로의 연결부에 장착되는 프로펠러;를 더 포함하는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로펠러는 상기 부싱의 하부에 오일을 공급하는 것을 특징으로 하는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가이드링은 상기 소단부 내에서 오일과 접촉하여 상기 부싱과 일체로 움직이는 것을 특징으로 하는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오일 저장소와 상기 오일 통로의 연결부에 위치하는 오일 통로 개폐 밸브;를 더 포함하고,
    상기 오일 통로 개폐 밸브는 써모스탯(thermostat)에 의하여 개폐 여부가 결정되는 것을 특징으로 하는 압축비 변경가능한 커넥팅 로드.
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